严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构及施工方法

摘要

本发明涉及一种严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构及施工方法。本发明的目的是提供一种结构简单、施工方便、安全可靠的严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构及施工方法。本发明的技术方案是：一种严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构，用于修复混凝土重力坝坝体迎水面防渗性能较差部分，在坝体的迎水面上、防渗性能较差部分下方设置牛腿，牛腿上方、离坝体迎水面一定距离处设有由若干混凝土预制块搭合拼接形成的覆盖坝体迎水面的混凝土防护板，混凝土防护板下端支撑于牛腿上，所述混凝土防护板与坝体之间设有一层沥青混凝土防渗板，沥青混凝土防渗板下端支撑于牛腿上。本发明适用于严寒地区坝高50m以下的病态混凝土重力坝的结构修复等类似工程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构及施工方法。适用于严寒 地区坝高50m以下的病态混凝土重力坝的结构修复等类似工程。

背景技术

重力坝是世界上最早出现的坝型之一，由于其结构简单、施工方便等特点，在世界 各地大量设计建设。在建国初期，为解决城市用水问题，我国兴建了一批以混凝土重力坝为 挡水建筑物的供水工程，经过六十多年的运行，目前已经出现了诸多问题，亟待修补，特别 是东北严寒地区的混凝土重力坝。这些恶劣气候条件下的重力坝经过六十多年的运行后， 都存在不同程度的老化现象，坝体开始出现渗水，冬季下游坝面有结冰，造成下游坝面冻融 损坏。

为了解坝体渗水情况，地质勘察部门对约十座大坝坝体进行钻孔压水试验，压水 试验结果表明：部分大坝坝段透水率较小，在1～5Lu之间，但部分坝体坝段局部的透水率达 36～48Lu。压水试验成果及实地踏勘发现：正常水位条件下坝体本身的渗漏并不严重，而主 要渗漏发生在伸缩缝和水平施工缝处，原因是这些水库修建较早，受当时施工技术的限制， 伸缩缝的止水已逐渐老化失效，而水平施工缝均未进行处理，因此伸缩缝和水平施工缝出 现渗水现象，渗水逐渐溶蚀缝内两侧的坝体，在冬季缝内结冰产生较大的侧向冰压力，使缝 隙逐渐增大，渗水量增加，形成了逐渐严重的渗漏现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、施工方 便、安全可靠的严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构及施工方法。

本发明所采用的技术方案是：一种严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构，用于 修复混凝土重力坝坝体迎水面防渗性能较差部分，其特征在于：在坝体的迎水面上、防渗性 能较差部分下方设置牛腿，牛腿上方、离坝体迎水面一定距离处设有由若干混凝土预制块 搭合拼接形成的覆盖坝体迎水面的混凝土防护板，混凝土防护板下端支撑于牛腿上，所述 混凝土防护板与坝体之间设有一层沥青混凝土防渗板，沥青混凝土防渗板下端支撑于牛腿 上。

所述混凝土预制块经埋设在坝体迎水面上的坝体插筋连接坝体。

所述坝体插筋一端插装于坝体内，另一端露出在坝体外，且坝体插筋露出端制有 向上的弯钩，所述混凝土预制块上设有吊环，混凝土预制块经吊环挂在坝体插筋的弯钩上。

所述混凝土预制块上制有便于混凝土预制块与混凝土预制块搭合拼接的企口。

所述混凝土防护板上混凝土预制块与混凝土预制块之间的缝隙用1：1水泥砂浆勾 缝。

所述沥青混凝土防渗板的厚度为0.1～0.2m。

所述混凝土预制块的长宽厚分别为2m、1m和0.1m。

一种严寒地区病态混凝土重力坝的修复施工方法，其特征在于步骤如下：

S1、淤泥清挖：挖除坝体迎水面前方的淤泥；

S2、坝面凿毛与清理：对坝体迎水面进行凿毛与清理，凿毛深度控制在1cm左右；

S3、设置牛腿：在坝体迎水面下部浇筑连接坝体的牛腿；

S4、布置坝体插筋：坝体迎水面上均匀埋设若干坝体插筋，且坝体插筋一端露出在 坝体迎水面外；

S5、混凝土防护板和沥青混凝土防渗板施工：在牛腿上由下而上分层搭接混凝土 预制块，直至混凝土预制块搭接形成覆盖坝体迎水面的混凝土防护板，混凝土预制块与相 应的坝体插筋连接固定；每搭接1～3层混凝土预制块后在新搭接的混凝土预制块层与坝体 迎水面之间浇筑沥青混凝土；

S6、处理混凝土防护板上的缝隙：混凝土防护板上混凝土预制块与混凝土预制块 之间的缝隙用水泥砂浆勾缝。

步骤S5方法如下

S51、在牛腿上、离坝体迎水面一定距离处搭合拼接1～3层混凝土预制块，混凝土 预制块与对应的坝体插筋连接固定；

S52、在搭合拼接形成的混凝土预制块层与坝体迎水面之间浇筑沥青混凝土；

S53、在已搭合拼接的混凝土预制块上继续搭接1～3层混凝土预制块，混凝土预制 块与对应的坝体插筋连接固定；

S54、在新搭合拼接形成的混凝土预制块层与坝体迎水面之间浇筑沥青混凝土；

S55、重复步骤S53和步骤S54直至混凝土预制块搭接到坝体顶部位置且沥青混凝 土浇筑到坝体顶部位置。

所述沥青混凝土浇筑时的温度控制在150～185℃。

本发明的有益效果是：本发明通过混凝土预制块搭合拼接成混凝土防护板，结合 沥青混凝土实现对坝体的防渗修复，防渗效果好，适应变形能力强，结构设计简单、施工便 捷、安全可靠，具有较强的实用性。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为图1中A部的放大示意图。

图3为图2中B部的放大示意图。

图4为实施例中坝体迎水面的示意图。

具体实施方式

如图1～图4所示，本实施例为一种严寒地区病态混凝土重力坝的修复结构，在坝 体2的迎水面上、防渗性能较差部分下方设置牛腿3，牛腿3为上部混凝土防护板、沥青混凝 土防渗板9的支撑体。

本例在牛腿3上方、离坝体2迎水面一定距离(0.1m～0.2m)处设有由若干混凝土预 制块6搭合拼接形成的覆盖坝体2迎水面的混凝土防护板，混凝土预制块6上制有便于混凝 土预制块6与混凝土预制块6搭合拼接的企口7，混凝土预制块6经埋设在坝体2迎水面上的 坝体插筋5连接坝体2。坝体插筋5一端插装于坝体2内，另一端露出在坝体2外，且坝体插筋5 露出端制有向上的弯钩。混凝土预制块6上设有吊环，混凝土预制块6经吊环挂在坝体插筋5 的弯钩上，吊环与弯钩焊接固定。混凝土防护板上混凝土预制块6与混凝土预制块之间的缝 隙用1：1水泥砂浆勾缝。

在混凝土防护板与坝体2迎水面之间设有一层沥青混凝土防渗板9，厚度为0.1～ 0.2m。

本实施例的具体施工方法如下：

S01、淤泥清挖：作为病态混凝土重力坝坝体2的防渗结构，沥青混凝土防渗板9一 般应深入基岩面一下1～3m，但考虑到水库经过多年运行后，坝前淤泥1沉积较深，将其全部 挖除较为困难，且淤泥1本身具有防渗作用。因此，在实际设计中，沥青混凝土防渗板9不必 深入坝基以下，只需将坝前淤泥1表面防渗性能较差的部分清除即可，开挖深度一般按照1 ～2m控制，开挖的坡度应满足施工区稳定的要求。若在实施过程中，发现坝前堆积物防渗性 能较差(渗透系数大于1×10^-3cm/s)，则需将坝前堆积物全部清除，沥青混凝土防渗板9应深 入基岩以下1～3m。

S02、坝面凿毛与清理：为使重新浇筑的混凝土、沥青混凝土与坝体2有效结合，在 进行下述工艺前，需对坝体2迎水面进行凿毛与清理，凿毛深度控制在1cm左右，坝体2迎水 面清理包括清除表面淤泥、沉积物、老化失效的混凝土等。

S03、设置牛腿3：牛腿3为上部混凝土防护板、沥青混凝土防渗板9的支撑体，因此 其稳定性对于整个病态重力坝坝体2的修复效果尤为重要。牛腿3与坝体2之间通过布设牛 腿插筋4连接在一起，牛腿插筋4的规格、间距、长度应通过荷载计算确定，一般情况下牛腿 插筋4采用不小于钢筋、间距为50～80cm、长度不小于5m。

牛腿插筋4安装采用“先注浆后安插筋”的施工程序。注入的水泥砂浆采用525号硅 酸盐水泥，砂子粒径不大于2.5mm，含泥量<0.9％，使用前须过筛。插筋孔注浆饱满程度是根 据牛腿插筋4插入后，砂浆是否被挤出孔口来检查砂浆的密实程度，若不符合要求应拔出牛 腿插筋4补灌砂浆。现场施工中，要对牛腿插筋4的施工质量严格控制，要做抗拔试验，试验 内容、要求等应符合《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002，同时应满足结构受力要求。

牛腿插筋4应与牛腿3的结构钢筋焊接牢固，牛腿3的结构尺寸按照设计要求施工。 当牛腿3混凝土的强度达到设计要求后，方可进行上部结构的施工。

S04、布置坝体插筋5：为了固定混凝土预制块6，在坝体2迎水面上埋设坝体插筋5。 坝体插筋5与水平面夹角为θ度且向坝内下方倾斜，以利灌浆，坝体插筋5伸出段呈水平并制 有向上的、可配合混凝土预制块6上吊环悬挂混凝土预制块6的弯钩。一般情况下坝体插筋5 直径不小于钢筋、长度不小于1.5m。坝体插筋5间排距和混凝土预制块6上的吊环相对 应，坝体插筋5的注浆控制与牛腿插筋4的要求相同。

S05、混凝土防护板和沥青混凝土防渗板9施工：在牛腿3上由下而上分层搭接混凝 土预制块6，直至混凝土预制块6搭接形成覆盖坝体2迎水面的混凝土防护板；每搭接2层混 凝土预制块6后在新搭接的混凝土预制块层与坝体2迎水面之间浇筑沥青混凝土；

S051、在牛腿3上、离坝体2迎水面0.1m～0.2m处搭合拼接2层混凝土预制块6，混凝 土预制块6与对应的坝体插筋5连接固定；

S052、在搭合拼接形成的混凝土预制块层与坝体2迎水面之间浇筑沥青混凝土；

S053、在已搭合拼接的混凝土预制块6上继续搭接2层混凝土预制块6，混凝土预制 块6与对应的坝体插筋5连接固定；

S054、在新搭合拼接形成的混凝土预制块层与坝体2迎水面之间浇筑沥青混凝土；

S055、重复步骤S053和步骤S054直至混凝土预制块6搭接到坝体2顶部位置，且沥 青混凝土浇筑到坝体2顶部位置，形成覆盖坝体迎水面的沥青混凝土防渗板9。

混凝土预制块6采用预制结构，结构尺寸B×H×D(长×宽×厚)分别为2m、1m、 0.1m，受力筋与分布筋分别采用间距均为20cm。混凝土预制块6之间的搭接处， 企口7宽为0.4D，深度0.4D。在混凝土预制块6安装前要认真检查其质量，重点检查轮廓尺寸 是否符合设计要求，清除其内表面附着物，并均匀涂刷好冷底子油，还需要把已经安装和待 安装的混凝土预制块6上下左右侧面，特别是企口7里面的黏着物铲除干净，以减少缝隙和 产生安装累计误差。

混凝土预制块6的吊环与坝体插筋5要对准焊牢。发生坝体插筋5与混凝土预制块6 上的吊环对不上时，采用加焊连接钢筋的办法使混凝土预制块6安装牢靠。安装的混凝土预 制块6表面要平整，上下左右板缝要对齐，不得走形，预制块间搭接吻合度控制在5mm以内。

沥青混凝土的骨料及填料应满足表1～表3的要求，沥青混凝土混合料应满足表4 的技术要求。

表1粗骨料的技术要求

序号 项目 单位 指标 说明 1 表观密度 g/cm³≥2.6 2 与沥青粘附性 级 ≥4 水煮法 3 针片状颗粒含量 ％ ≤25 4 压碎值 ％ ≤30 压力400kN 5 吸水率 ％ ≤2 6 含泥量 ％ ≤0.5 7 耐久性 ％ ≤12 硫酸钠干湿循环5次的质量损失

表2细骨料的技术要求

序号 项目 单位 指标 说明 1 表观密度 g/cm³≥2.55 2 吸水率 ％ ≤2 3 水稳定等级 级 ≥6 碳酸纳溶液煮沸1min. 4 耐久性 ％ ≤15 硫酸钠干湿循环5次的重量损失 5 有机质及泥土含量 ％ ≤2

表3填料的技术要求

表4沥青混凝土的技术要求

沥青混凝土施工时，应先将骨料与填料干拌15～25s，再加入热沥青一起拌和，要 求拌和均匀，沥青裹覆骨料良好，裹覆率应达到95％以上。沥青混合料拌和后的出机温度， 应使其经过运输等热量损失后的温度能满足浇筑温度的要求。设专人测量沥青混凝土的出 机温度及时调节喷嘴的燃油量，根据气温变化控制矿料加热温度，保证沥青混凝土出机温 度达到要求。

沥青混凝土的入模温度应控制在150～185℃之间，如入模温度在140℃以下时沥 青混凝土会黏结成团，流动性很差，反之如入模温度在200℃以上会出现冒烟现象，无法靠 自重摊平，应作为不合格处理弃掉。沥青混凝土浇筑间断后重新在已浇筑的沥青混凝土上 继续浇筑时，要将原来的沥青混凝土面清理干净，清除沥青混凝土面上的尘土和杂物，方可 浇筑下一层。沥青混凝土的浇筑层面要与混凝土预制块层之间的水平接缝面错开，每层沥 青混凝土最上面的浇筑层面要低于相应的混凝土预制块层顶缘5～10cm，剩余部分待上部 混凝土预制块6安装后，再浇筑沥青混凝土。

S06、处理混凝土防护板上的缝隙：混凝土防护板上混凝土预制块6与混凝土预制 块6之间的缝隙用1∶1水泥砂浆勾缝，要堵塞外漏途径，板缝要抹光滑美观。